KR20020068389A - 자연계 냉매용 냉동기유 조성물 - Google Patents

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Abstract

유동점이 -1O℃ 이하인 폴리에테르 화합물로 이루어진 기유(基油) 성분(A)에 황 성분을 함유하는 미네랄 오일 성분(B)을 (A):(B)가 25:75 내지 99:1인 중량비로 배합함으로써, 미네랄 오일 성분(B)에서 유래된 황 성분을 5 내지 1O0O ppm 포함하는 냉동기유 조성물이 개시되어 있다.
이 냉동기유 조성물은 자연계 냉매, 특히 암모니아 냉매에 대해 우수한 상용성을 가지며, 동시에 윤활성이 개선되어, 암모니아, 프로판, 부탄, 이산화탄소 등의 자연계 냉매를 사용하는 산업용 냉동기에 사용된다.

Description

자연계 냉매용 냉동기유 조성물{REFRIGERATING MACHINE OIL COMPOSITION FOR NATURAL REFRIGERANT}
일반적으로, 냉동기, 예컨대 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기로 이루어진 압축형 냉동기의 압축식 냉동 사이클은 그 밀폐된 계 내를 냉매와 윤활유와의 혼합 액체가 순환하는 구조로 되어 있다. 이러한 압축형 냉동기에는 냉매로서, 종래 디클로로디플루오로메탄(R-12)이나 클로로디플루오로메탄(R-22) 등의 클로로플루오로카본이 사용되고 있고, 또한 이와 병용하는 다수의 윤활유가 제조되어 사용되어 왔다. 그러나, 종래 냉매로서 사용되어 온 이들 프레온 화합물은 대기 중에 방출되었을 때에 성층권에 존재하는 오존층을 파괴하는 등의 환경 오염을 초래할 우려가 있다는 점에서, 최근 세계적으로 그 사용에 대한 규제가 엄격해지고 있는 중이다. 그 때문에, 새로운 냉매로서 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R-134a)으로 대표되는 하이드로플루오로카본이나 플루오로카본 등이 주목받게 되었다. 이 하이드로플루오로카본 등은 오존층을 파괴할 우려는 없지만, 대기중에서의 수명이 길기 때문에 지구 온난화에 대한 영향이 우려되며, 근래 들어 이러한 문제가 없는 자연계 냉매의 사용이 고려되어 왔다.
자연계 냉매 중에서도 특히 암모니아는 대량의 유제와 냉매를 필요로 하는 산업용 냉동기에 종래부터 사용되고 있으며, 그 경우의 냉동기유로서는 미네랄 오일이 사용되고 있지만, 미네랄 오일과 암모니아와는 상용적이지 않기 때문에 기름분리 설비 등의 부대 장치가 필수적으로 되어 시스템이 대규모가 되고, 또한 성능적으로도 충분히 만족할 수 있는 것이 아니었다.
일본 특허 공개공보 제93-9483호에는 양 말단의 어느 것에도 수산기를 갖지 않는 폴리알킬렌 글리콜이 암모니아와의 상용성이 우수하고, 성능 향상에 크게 기여한다고 개시되어 있다. 그러나, 상기 공보에서는 종래부터 냉동기유로 알려져 있는 극압제, 산화 방지제 등의 첨가제의 사용이 가능하다고 기재되어 있지만, 실시예에는 명시되어 있지 않다.
또한, 일본특허공개공보 제94-10081호에는 암모니아 또는 하이드로플루오로카본냉매에 바람직한 첨가제가 개시되어 있지만, 구체적인 기재는 하이드로플루오로카본 냉매에 대해서만 되어 있다.
일반적으로, 암모니아는 다른 냉매에 비해 반응성이 높고 그 자체가 염기성을 나타내기 때문에, 산성 화합물이 암모니아와 함께 사용하기에는 부적당하다고 생각되지만, 현실적으로 대부분의 첨가제가 산성 화합물에 해당하기 때문에, 윤활성이 불충분하고 한층 더 개량할 여지가 있다.
상기의 공지 자료에서, 암모니아를 통상적인 첨가제와 함께 사용하는 것에 대한 구체적인 기재가 없는 것은 이러한 사실을 뒷받침해주며, 실용성이 충분히 확인되어 있지 않다고 할 수 있다.
본 발명은 자연계 냉매, 특히 암모니아 냉매에 대해 우수한 상용성을 갖는 동시에 윤활 특성이 개선된 냉동기유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과, 특정 성상의 폴리에테르 화합물로 이루어진 합성유 성분에 황 성분을 함유하는 미네랄 오일 성분을 특정 비율로 배합하고 황 성분을 5 내지 1000 ppm 함유시킴으로써, 상기 본 발명의 목적을 효과적으로 달성할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성한 것이다.
발명의 요약
본 발명의 자연계 냉매용 냉동기유 조성물은 이하와 같은 특징을 갖고 있다.
(1) 유동점이 -10℃ 이하인 폴리에테르 화합물로 이루어진 합성유 성분(A)에 황 성분을 함유하는 미네랄 오일 성분(B)을 (A):(B)가 25:75 내지 99:1인 중량비로 배합하여 이루어지고, 미네랄 오일 성분(B)로부터 유래된 황 성분을 5 내지 1000 ppm 함유하는 것을 특징으로 하는 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
(2) 폴리에테르 화합물이 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 화합물인 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
R1-O-A-R2
상기 식에서,
R1및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내되, R1및 R2중 하나는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, 다른 하나는 수소이며,
A는 프로필렌 옥사이드의 단독 중합쇄 또는 m개의 에틸렌 옥사이드와 n개의 프로필렌 옥사이드와의 공중합쇄(여기서, m 및 n은 0≤m/n≤10과 5≤m+ n≤100를 만족시키는 수이다)이다.
(3) 폴리에테르 화합물이 폴리비닐에테르 화합물인 상기 1에 기재된 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
(4) 자연계 냉매가 암모니아를 90 중량% 이상 포함하는 것인 상기 1에 기재된 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
본 발명은 자연계 냉매를 사용하는 냉동기유 조성물, 특히, 암모니아, 프로판, 부탄, 이산화탄소 등의 자연계 냉매를 사용하는 산업용 냉동기에 사용할 수 있는 냉동기유 조성물에 관한 것이다.
도 1은 오일 분리기 및 고온 가스 라인을 갖는 「압축기-응축기-팽창 밸브-증발기」의 압축식 냉동 사이클의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 오일 분리기를 갖는 「압축기-응축기-팽창 밸브-증발기」의 압축식 냉동 사이클의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3는 고온 가스 라인을 갖는 「압축기-응축기-팽창 밸브-증발기」의 압축식 냉동 사이클의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 「압축기-응축기-팽창 밸브-증발기」의 압축식 냉동 사이클의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 압축기 2: 응축기
3: 팽창 밸브 4: 증발기
5: 오일 분리기 6: 고온 가스 라인
7: 고온 가스 라인용 밸브
본 발명에서 사용하는 폴리에테르 화합물은 유동점이 -1O℃ 이하이어야 하고, 또한 바람직하게는 1O0 ℃에 있어서의 동점도가 3 내지 50 mm2/s이며, 특히 동점도가 3 내지 45 mm2/s이면서 유동점이 -15℃ 이하인 것이 바람직하다. 동점도가 3 mm2/s 미만인 경우에는 고온하의 윤활성을 충분히 발휘할 수 없고, 50 mm2/s를 초과하는 경우에는 암모니아와의 상용성이 현저히 저하되며, 또한 동력손실의 영향이 커져 효율적인 운동을 할 수 없게 될 가능성이 높다. 또한, 유동점이 -1O8℃를 초과하면 저온 영역에서의 유동 저항이 커져서 효율 및 윤활성을 손상시키는 결과가 된다.
본 발명에서 사용하는 폴리에테르 화합물은 상기 요건을 만족시키는 한 특별히 제한은 없지만, 폴리알킬렌 글리콜 화합물, 특히 상기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 화합물 및 폴리비닐 에테르 화합물이 적당하다.
상기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 화합물에 있어서는 R1및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기(메틸기, 에틸기, n-프로필기, i-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, i-부틸기, ter-부틸기)를 나타내고, R1및 R2의 한쪽은 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, 다른 쪽은 수소이다.
공중합 형태는 블럭 공중합, 랜덤 공중합, 교대 공중합 등 다양하다. 또한, 여기에서 m 및 n은 O≤m/n≤1O, 바람직하게는 O≤m/n≤3, 특히 바람직하게는 0≤m/n≤2를 만족시키면서, 또한 5≤m+ n≤100, 바람직하게는 5≤m+ n≤50을 만족시키는 수이다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 화합물과는 별개로 화학식 2로 표시되는 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 공중합물의 폴리알킬렌 글리콜 화합물을 사용할 수도 있다.
상기 식에서,
R3, R4및 R5는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이되, R3, R4및 R5중 하나 이상은 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
A는 상기 화학식 1에서와 동일한 의미이다.
상기 화학식 2에 있어서, R3, R4또는 R5로 표시되는 탄소수 1 내지 4의 알킬기로서는 예컨대, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, i-프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, i-부틸기, ter-부틸기를 들 수 있다. 또한, R3, R4및 R5중 하나 이상은 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
이와 같이, 본 발명의 냉동기유에 사용하는 화학식 1 또는 2의 화합물로서는 m/n이 1O을 초과하면 납 형상이 되고 상용성이 저하된다는 문제가 있다. 또한, m+ n이 5 미만이면 점도가 너무 작아 윤활성이 저하된다는 문제가 있고, 100을 초과하면 고점도 때문에 상용성 및 열 교환효율이 저하된다는 문제가 있다.
폴리비닐 에테르 화합물로서는 예컨대 화학식 3으로 표시되는 구성 단위를 갖는 폴리비닐 에테르 화합물을 들 수 있다.
상기 식에서,
R5, R6및 R7은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타내며, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
R8은 탄소수 1 내지 10의 2가 탄화수소기이고,
R9는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고,
k는 그 평균치가 O 내지 1O의 수를 나타내고,
R5내지 R9는 구성단위마다 동일하거나 각각 상이할 수 있고, 또한, R8O가 복수인 경우에 복수의 R8O는 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 상기 화학식 3으로 표시되는 구성단위와 하기 화학식 4로 표시되는 구성단위를 갖는 블럭 또는 랜덤 공중합체로 이루어진 폴리비닐 에테르 화합물도 사용할 수 있다.
상기 식에서,
R10내지 R13은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 또한 R10내지 R13은 구성단위마다 동일하거나 각각 상이할 수 있다.
상기 화학식 3에 있어서의 R5, R6및 R7은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8, 바람직하게는 1 내지 4의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 여기에서 탄화수소기란, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 각종 펜틸기, 각종 헥실기, 각종 헵틸기, 각종 옥틸기의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 각종 메틸시클로헥실기, 각종 에틸시클로헥실기, 각종 디메틸시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 각종 메틸페닐기, 각종 에틸페닐기, 각종 디메틸페닐기의 아릴기, 벤질기, 각종 페닐에틸기, 각종 메틸벤질기의 아릴알킬기를 나타낸다. 또한, 이들의 R5, R6및 R7로서는 특히 수소 원자가 바람직하다.
한편, 화학식 3중의 R8은 탄소수 1 내지 10, 바람직하게는 2 내지 10의 2가 탄화수소기를 나타내지만, 여기에서 탄소수 1 내지 10의 2가 탄화수소기란 구체적으로는 메틸렌기; 에틸렌기; 페닐에틸렌기; 1,2-프로필렌기; 2-페닐-1,2-프로필렌기; 1,3-프로필렌기; 각종 부틸렌기; 각종 펜틸렌기; 각종 헥실렌기; 각종 헵틸렌기; 각종 옥틸렌기; 각종 노닐렌기; 각종 데실렌기의 2가의 지방족기, 시클로헥산; 메틸시클로헥산; 에틸시클로헥산; 디메틸시클로헥산; 프로필시클로헥산 등의 지환식 탄화수소에 2개의 결합부위를 갖는 지환식기, 각종 페닐렌기; 각종 메틸페닐렌기; 각종 에틸페닐렌기; 각종 디메틸페닐렌기; 각종 나프틸렌기 등의 2가의 방향족 탄화수소기, 톨루엔; 크실렌; 에틸벤젠 등의 알킬 방향족 탄화수소의 알킬기부분과 방향족 부분에 각각 1가의 결합 부위를 갖는 알킬방향족기, 크실렌; 디에틸벤젠 등의 폴리알킬방향족 탄화수소의 알킬기 부분에 결합 부위를 갖는 알킬방향족기 등이있다. 이들 중에서 탄소수 2 내지 4의 지방족기가 특히 바람직하다.
또한, 화학식 3에 있어서의 k는 R8O의 반복수를 나타내고, 그 평균치가 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5의 범위의 수이다. R8O가 복수인 경우에, 복수의 R8O는 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 화학식 3에 있어서의 R9는 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10의 탄화수소기를 나타내지만, 이 탄화수소기란, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 각종 펜틸기, 각종 헥실기, 각종 헵틸기, 각종 옥틸기, 각종 노닐기, 각종 데실기의 알킬기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 각종 메틸시클로헥실기, 각종 에틸시클로헥실기, 각종 프로필시클로헥실기, 각종 디메틸시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 각종 메틸페닐기, 각종 에틸페닐기, 각종 디메틸페닐기, 각종 프로필페닐기, 각종 트리메틸페닐기, 각종 부틸페닐기, 각종 나프틸기 등의 아릴기, 벤질기, 각종 페닐에틸기, 각종 메틸벤질기, 각종 페닐프로필기, 각종 페닐부틸기의 아릴알킬기 등을 나타낸다.
또한, 상기 R5내지 R9는 구성단위마다 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 폴리비닐 에테르 화합물(1)은 그 탄소/산소 몰비가 4.2 내지 7.0의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 몰비가 4.2 미만이면 흡습성이 높고, 또한 7.0을 초과하면 냉매와의 상용성이 저하되는 경우가 있다.
상기 화학식 4에 있어서, R10내지 R13은 각각 수소원자 또는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 여기에서, 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기로서는 상기 화학식 3에 있어서의 R9의 설명에서 예시한 것과 동일한 것을 들 수 있다. 또한, R10내지 R13은 구성 단위마다 동일하거나 각각 상이할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 구성 단위와 화학식 4로 표시되는 구성 단위를 갖는 블럭 또는 랜덤 공중합체로 이루어진 폴리비닐 에테르 화합물(2)은 그 탄소/산소 몰비가 4.2 내지 7.0의 범위에 있는 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 이 몰비가 4.2 미만이면 흡습성이 높고, 7.0을 초과하면, 냉매와의 상용성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 폴리비닐 에테르 화합물(1)과 상기 폴리비닐에테르 화합물(2)의 혼합물도 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 폴리비닐 에테르 화합물(1) 및 (2)는 각각 대응하는 비닐에테르계 단량체의 중합, 및 대응하는 올레핀성 2중 결합을 갖는 탄화수소 단량체와 대응하는 비닐에테르계 단량체의 공중합에 의해 제조할 수 있다.
본 발명에 사용되는 폴리비닐에테르 화합물로서는 다음 말단구조를 갖는 것, 즉 그 하나의 말단이 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되면서, 나머지 말단이 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 구조를 갖는 것, 및 그 하나의 말단이 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되면서, 나머지 말단이 하기 화학식 9로 표시되는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 식에서,
R14, R15및 R16은 각각 수소원자 또는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타내고, R14, R15및 R16은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
R19, R20, R21및 R22는 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, R19, R20, R21및 R22는 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
R17은 탄소수 1 내지 10의 2가 탄화수소기이고,
R18은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고,
p는 그 평균치가 0 내지 10인 수를 나타내고,
R17O가 복수인 경우에 복수의 R17O는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 식에서,
R23, R24및 R25은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타내고, R23, R24및 R25는 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
R28, R29, R30및 R31은 각각 수소원자 또는 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기를 나타내고, R28, R29, R30및 R31은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
R26은 탄소수 1 내지 10의 2가 탄화수소기이고,
R27은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고,
q는 그 평균치가 0 내지 10인 수를 나타내고,
R26O가 복수인 경우에 복수의 R26O는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 식에서,
R32, R33및 R34는 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이러한 폴리비닐에테르 화합물 중에서, 특히 하기 화합물이 본 발명에서는 바람직하다.
(1) 그 하나의 말단이 화학식 5 또는 6으로 표시되면서, 나머지 말단이 화학식 7 또는 8로 표시되는 구조를 가지며, 화학식 3에 있어서의 R5, R6및 R7이 함께 수소 원자, k가 0 내지 4의 수, R8이 탄소수 2 내지 4의 2가 탄화수소기이고 R9가 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기인 것.
(2) 화학식 3으로 표시되는 구성단위만을 갖는 것으로, 그 하나의 말단이 화학식 5로 표시되면서, 나머지 말단이 화학식 7로 표시되는 구조를 가지며, 화학식 3에 있어서의 R5, R6및 R7이 함께 수소 원자, k가 0 내지 4의 수, R8이 탄소수 2 내지 4의 2가 탄화수소기이고 R9가 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기인 것.
(3) 그 하나의 말단이 화학식 5 또는 6으로 표시되면서, 나머지 말단이 화학식 9로 표시되는 구조를 가지며, 화학식 3에 있어서의 R5, R6및 R7이 함께 수소 원자, k가 0 내지 4의 수, R8이 탄소수 2 내지 4의 2가 탄화수소기이고 R9가 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기인 것.
(4) 화학식 3으로 표시되는 구성단위만을 갖는 것으로, 그 하나의 말단이 화학식 5로 표시되면서, 나머지 말단이 화학식 8로 표시되는 구조를 가지며, 화학식 3에 있어서 R5, R6및 R7이 함께 수소 원자, k가 0 내지 4의 수, R8이 탄소수 2 내지 4의 2가 탄화수소기이고 R9가 탄소수 1 내지 20의 2가 탄화수소기인 것.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 화학식 3으로 표시되는 구성단위를 갖고, 그 하나의 말단이 화학식 5이고, 나머지 말단이 하기 화학식 10인 구조를 갖는 폴리비닐 에테르 화합물도 사용할 수 있다.
상기 식에서,
R35, R36및 R37은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
R38및 R40은 각각 탄소수 2 내지 10의 2가 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
R39및 R41은 각각 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
c 및 d는 각각 그 평균치가 0 내지 10인 수를 나타내고, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
복수의 R38O가 있는 경우에 복수의 R38O는 동일하거나 상이할 수 있고,
복수의 R40O가 있는 경우에 복수의 R40O는 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 화학식 11 또는 12로 표시되는 구성단위로 이루어지고 중량평균분자량이 300 내지 5,000으로써, 한쪽 말단이 화학식 13 또는 14로 표시되는 구조를 갖는 알킬비닐 에테르의 단독 중합물 또는 공중합물로 이루어진 폴리비닐 에테르계 화합물도 사용할 수 있다.
(상기 식에서, R42는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타낸다.)
(상기 식에서, R43은 탄소수 1 내지 3의 알킬기, R44는 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기를 나타낸다.)
또한, 상기 폴리비닐 에테르에 대해서는 일본 특허 공개공보 제94-128578호 또는 일본 특허출원 제93-125649호, 일본 특허출원 제93-125650호, 일본 특허출원 제93-303736호 각 명세서의 각각에 상세하게 기재되어 있는 것을 모두 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 미네랄 오일 성분으로서는 특별히 제한은 없지만, 예컨대, 파라핀기계 원유, 중간기계 원유 또는 나프텐기계 원유를 상압 증류하거나 또는 상압 증류의 잔사유를 감압증류하여 수득되는 유출유, 또는 이를 통상적인 방법에 따라 정제함으로써 수득되는 정제유, 예컨대 용제 정제유, 수첨 정제유, 탈납 처리유, 백토 처리유 등을 들 수 이다.
미네랄 오일 성분은 유동점이 -5℃ 이하이고, 황 함유량이 0.01 내지 5.00 중량%인 것이 적당하다. 유동점이 -5℃를 초과하면 폴리에테르 화합물과 혼합한 냉동기유 조성물의 유동점을 밀어 올려 유동성 저하를 초래할 우려가 있다. 또한,황 함유량이 상기 범위 밖이면 첨가 효과를 보이지 않거나, 안정성 저하를 초래하여 슬러지 발생의 원인이 될 수 있다.
폴리에테르 화합물로 이루어진 합성유 성분(A)에 대한 황 성분을 포함하는 미네랄 오일 성분(B)의 배합량은 중량비로 (A):(B)가 25:75 내지 99:1이어야 하며, (A)의 배합량이 이 범위 미만이면, 저온 영역에서의 유동성이나 암모니아와의 상용성 저하에 따라 충분한 성능을 발휘할 수 없고, 이 범위를 초과하면 미네랄 오일 성분의 첨가효과를 기대할 수 없게 된다. 특히 바람직한 배합량은 (A):(B)=25:75 내지 95:25이다.
또한, 본 발명의 냉동기유 조성물은 이 미네랄 오일 성분으로부터 유래되는 황 성분을 5 내지 1000 ppm, 바람직하게는 50 내지 500 ppm 함유해야 하고, 따라서 미네랄 오일 성분의 배합량은 황 성분의 함유량에 의해 상기 범위 내에서 적절히 조정한다. 냉동기유 조성물의 황 함유량이 5 ppm 미만인 경우에는 윤활성 부여라는 첨가 효과가 보이지 않고, 100O ppm을 초과하면 안정성이 부족하여 슬러지 발생의 가능성이 증대한다.
본 발명의 자연계 냉매용 냉동기유 조성물에는 필요에 따라 극압제, 산 포착제, 산화 방지제, 부식 방지제 등을 첨가한다.
본 발명에 있어서 자연계 냉매란, 암모니아, 프로판, 부탄, 이산화탄소 등을 의미한다. 본 발명의 윤활유 조성물은 특히 암모니아계 냉매, 즉 암모니아를 90 중량% 이상 포함하는 냉매계에 특히 유효하지만, 다른 자연계 냉매계에 대해서도 유효하다.
본 발명의 냉동기유 조성물을 사용하는 냉동기의 윤활 방법에 있어서, 상기 자연계 냉매와 냉동기유 조성물의 사용량에 대해서는 냉매/냉동기유 조성물의 중량비로 99/1 내지 10/90의 범위에 있는 것이 바람직하다. 냉매의 양이 상기 범위보다 적은 경우에는 냉동 능력의 저하가 보이고, 또한 상기 범위보다 많은 경우에는 윤활 성능이 저하되어 바람직하지 못하다. 이러한 관점에서, 냉매/냉동기유 조성물의 중량비는 95/5 내지 30/70의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 냉동기유 조성물은 다양한 냉동기에 사용가능하지만, 특히, 대량의 유제와 냉매를 필요로 하는 산업용 압축형 냉동기의 압축식 냉동 사이클에 바람직하게 적용할 수 있다. 본 발명의 냉동기유 조성물은 예컨대, 일본 특허 공개 제92-183788호 공보, 제96-259975호 공보, 제96-240362호 공보, 제96-253779호 공보, 제96-240352호 공보, 제93-17792호 공보, 제96-226717호 공보, 및 제96-231972호 공보 등에 개시되어 있는 냉동장치에 바람직하며, 본 발명의 냉동기유 조성물은 예컨대 첨부된 도 1 내지 3의 각각으로 표시되는 바와 같은 오일 분리기 및/또는 고온 가스 라인을 갖는 압축식 냉동 사이클에 적용하는 경우에도 그 효과를 유효하게 발휘한다.
본 발명에 대해서 실시예를 사용하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 실시예에서 사용한 시험방법은 이하와 같다.
〔안정성〕
내용적 20 ml의 오토클레이브에 시료유 7g과 암모니아 가스 냉매 3g 및 구리, 알루미늄, 철의 금속촉매를 가하고, 계내의 수분이 1OOO ppm이 되도록 물을 첨가했다. 오토클레이브를 밀폐하여 150 ℃, 14일간 유지한 후, 윤활유 샘플을 분석했다.
〔시저(seizure) 하중〕
ASTM D-3233법에 준거 회전수: 290 rpm 온도: 실온
실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 5
표 1에 나타내는 냉동기유 조성물에 대해서 안정성 실험 및 시저 하중시험을 실시하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한, 표 1의 성분 (A), (B)는 이하의 화합물을 나타낸다.
성분(A) (합성유 성분)
PAG-1: 폴리옥시프로필렌 글리콜 디메틸 에테르
PAG-2: 폴리옥시에틸렌(10)옥시프로필렌(90)글리콜모노(n-부틸)에테르
PAG-3: 폴리옥시에틸렌(20)옥시프로필렌(80)글리콜 모노에틸 에테르
PVE-1: 폴리에틸비닐 에테르(90)/폴리이소부틸비닐 에테르(10) 공중합체
PVE-2: 폴리에틸비닐 에테르(70)/폴리이소부틸비닐 에테르(30) 공중합체
성분(B) (미네랄 오일 성분)
40 ℃에 있어서의 동점도: 11.6 mm2/s
10O℃에 있어서의 동점도: 2.84 mm2/s
황 함유량: 0.06% 유동점: -45℃
성분(A) 성분(B) 조성물
종류 100℃의 동점도(mm2/s) 유동점(℃) 조성 조성 40℃의 동점도(mm2/s) S분(ppm)
실시예 1 PAG-1 17.8 -50> 74 26 49.5 153
실시예 2 PAG-2 20.8 -50> 58 42 38.3 255
실시예 3 PAG-3 25.1 -50> 46 54 31.4 322
실시예 4 PVE-1 12.5 -50> 36 64 22.4 395
실시예 5 PVE-2 11.4 -50> 53 47 32.4 283
비교예 1 PAG-1 17.8 -50> 100 0 99.4 5>
비교예 2 PAG-2 20.8 -50> 100 0 129.8 5>
비교예 3 PAG-3 25.1 -50> 100 0 160.0 5>
비교예 4 PVE-1 12.5 -50> 100 0 130.0 5>
비교예 5 PVE-2 11.4 -50> 100 0 113.3 5>
주) 성분(A)와 성분(B)의 중량비
안정성 시저하중(N)
기름 외관 석출물 금속촉매 시험후전체 산가(mgKOH/g)
실시예 1 양호 없음 변화없음 0.01 3560
실시예 2 양호 없음 변화없음 0.01 3770
실시예 3 양호 없음 변화없음 0.01 3650
실시예 4 양호 없음 변화없음 0.01 3420
실시예 5 양호 없음 변화없음 0.01 3370
비교예 1 양호 없음 변화없음 0.01 2890
비교예 2 양호 없음 변화없음 0.01 3060
비교예 3 양호 없음 변화없음 0.01 2960
비교예 4 양호 없음 변화없음 0.01 2670
비교예 5 양호 없음 변화없음 0.01 2550
본 발명은 특정 성상의 폴리에테르 화합물로 이루어진 합성유 성분에 황을 함유하는 미네랄 오일을 배합하고, 냉동기유에 미네랄 오일로부터 유래된 황을 특정한 비율로 함유시킴으로써, 폴리에테르 화합물의 자연계 냉매, 특히 암모니아계냉매와의 상용성을 손상시키는 일 없이 윤활성을 개선하는 데에 성공한 것이다.

Claims (4)

  1. 유동점이 -10℃ 이하인 폴리에테르 화합물로 이루어진 합성유 성분(A)에 황 성분을 함유하는 미네랄 오일 성분(B)을 (A):(B)가 25:75 내지 99:1인 중량비로 배합하여 이루어지고, 미네랄 오일 성분(B)로부터 유래된 황 성분을 5 내지 1000 ppm 함유하는 것을 특징으로 하는 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리에테르 화합물이 하기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 화합물인 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
    화학식 1
    R1-O-A-R2
    상기 식에서,
    R1및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내되, R1및 R2중 하나는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, 다른 하나는 수소이며,
    A는 프로필렌 옥사이드의 단독 중합쇄 또는 m개의 에틸렌 옥사이드와 n개의 프로필렌 옥사이드와의 공중합쇄(여기서, m 및 n은 0≤m/n≤10과 5≤m+ n≤100을 만족시키는 수이다)이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리에테르 화합물이 폴리비닐에테르 화합물인 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    자연계 냉매가 암모니아를 90 중량% 이상 포함하는 것인 자연계 냉매용 냉동기유 조성물.
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